CN111456858B - 一种基于“先前循环效应”的天然气发动机燃气喷射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种基于“先前循环效应”的天然气发动机燃气喷射方法，发动机采用零气门重叠角，在发动机启动进入平稳运行后，通过合理降低喷气压力、推迟喷气正时对天然气发动机的进气过程进行人为干预，使单一循环中喷气阀所喷出的天然气有一部分不能及时进入气缸内留存在进气道内，进气道内留存的天然气可以在本循环进气门关闭到下一循环进气门开启这段时间内与空气进行充分混合，之后随下一循环进气一起进入缸内。本发明可以根据发动机工况、转速、负荷等因素，通过合理的降低喷气压力同时推迟喷气正时，对上述两部分天然气之间的比例进行控制，能够有效的实现可控的混合气浓度分布，降低发动机NOx和HC排放，提高燃料经济性。

Description

一种基于“先前循环效应”的天然气发动机燃气喷射方法
技术领域
本发明涉及的是一种天然气发动机控制方法。
背景技术
能源短缺和环境污染作为现阶段全世界都在关注的问题，而船用发动机作为石油能源的消耗大户随着船舶能效和排放法规的日趋严格，对其经济性和污染物排放控制的要求越来越高，迫使船舶发动机向新能源转型，天然气作为储量极其丰富的一次替代清洁能源，受到人们的广泛关注。
目前常用的天然气发动机供气方案一般为空气进入增压器，增压后的空气与燃气管路中的燃气在混合器中进行混合，随后进入进气道和气缸，通过火花塞点燃实现天然气发动机的工作过程。公开号为CN 101985906 B的专利涉及一种天然气发动机的燃气喷射装置，通过在喷气阀后安装喷管，使喷嘴更靠近进气阀，燃气从喷嘴喷出后，可直接穿过进气道和进气门进入气缸，利用气流动能提高缸内湍动能，能够实现一定水平的缸内混合气分层，改善燃烧，该装置问题在于，分层混合气燃烧效果被优化的同时，也会带来NOx排放增加的影响。公开号为CN 105134401 A的专利发明了一种适用于多点喷射系统的天然气发动机气缸盖总成，该装置通过将弯曲的燃气喷管由盖板固定在气缸盖上，喷管末端深入到进气道，该装置问题在于天然气喷气压力大时，燃气射流会直接喷射到进气道壁面上然后流入缸内，进气道内的燃气与空气混合时间过短混合不充分，导致缸内混合气局部过浓。由此引发气缸余隙会存有大量未燃气体，增大发动机HC排放。
发明内容
本发明的目的在于提供能够解决由于天然气扩散能力弱所导致的缸内混合气局部分布过浓，以及由于推迟喷气使缸内混合气局部分层所所造成的燃烧温度过高等因素所导致的NOx和HC排放过高等问题的一种基于“先前循环效应”的天然气发动机燃气喷射方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种基于“先前循环效应”的天然气发动机燃气喷射方法，其特征是：天然气发动机包括气缸盖、气缸套、活塞，活塞安装在气缸套内，活塞、气缸盖、气缸套之间形成燃烧室，气缸盖里设置进气歧管、排气歧管，进气歧管里设置进气阀，排气歧管里设置排气阀，气缸盖上安装有火花塞，进气歧管上安装有天然气喷气阀；
发动机采用零气门重叠角，发动机启动时，天然气喷气阀正常喷气，天然气喷入进气歧管，从进气歧管经由进气阀流入燃烧室内与空气进行混合，进气冲程结束后活塞持续上行，安装在气缸盖上的火花塞点燃燃烧室内的天然气-空气混合气；发动机启动后进入平稳运转阶段，此时降低喷气压力，并推迟天然气喷气正时，将天然气喷气正时推迟到上止点后60°CA～90°CA，这种情况下，每循环由天然气喷气阀喷出的天然气始终存在一部分由于在进气阀关闭前不能及时流入燃烧室被留存在进气道内，上述情况下单一循环中进入燃烧室的天然气分为两部分，一部分天然气为该循环中由天然气喷气阀喷出直接进入燃烧室，另一部分为在上一循环中留存在进气歧管内的天然气。
本发明的优势在于：本发明可以根据发动机工况、转速、负荷等因素，通过合理的降低喷气压力同时推迟喷气正时，对上一循环留在进气道内与空气长时间混合以及本循环直接流入缸内的两部分天然气之间的比例进行控制，能够有效的实现可控的混合气浓度分布，降低发动机NOx和HC排放，提高燃料经济性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为传统天然气发动机进排气升程曲线与进气规律图；
图3为本发明进排气门升程曲线与进气规律图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-3，图1为天然气发动机的结构示意图，天然气发动机所包括的气缸盖7、气缸套8、活塞10等部件，活塞10安装在气缸套8内，活塞顶、气缸盖底、气缸套之间为燃烧室9，进、排气歧管5、1均与燃烧室9连通，进排气歧管与燃烧室连通处分别设置有进、排气阀4、2，在气缸盖7上安装有火花塞3，进气歧管5上安装有天然气喷气阀6。所述天然气发动机采用零气门重叠角，启动时天然气喷气阀6正常喷气，天然气喷入进气歧管5，经由进气道流入燃烧室9，在进气冲程结束后活塞8持续上行，达到一定压缩比后由安装在气缸盖上的火花塞3点燃缸内可燃混合气。发动机启动后进入平稳运转阶段，此时首先通过ECU逐步推迟喷气，将天然气喷气正时推迟到上止点后60～90°CA，此时会有一部分天然气由于不能在进气门4关闭前及时进入气缸，这一部分气体会留存在进气道内继续与进气道内的增压空气进行混合，由此可知，推迟喷气后单一循环内进入缸内的燃气可以分为两部分，一部分为当前循环有喷气阀喷出直接进入缸内的天然气，另一部分为上一循环留存在进气道内的天然气。在推迟喷气的同时根据发动机负荷、转速、运行工况等因素适当降低喷气压力，通过合理的降低喷气压力同时推迟喷气正时，对上述两部分天然气之间的比例进行控制，能够有效的实现可控的混合气浓度分布，降低发动机NOx和HC排放，提高燃料经济性。
燃气喷射策略中，发动机采用零气门重叠角，发动机启动时，喷气阀正常喷气，天然气喷入进气歧管，从进气歧管经由进气门流入燃烧室内与空气进行混合，进气冲程结束后活塞持续上行直至缸内达到一定压缩比后，安装在气缸盖上的火花塞点燃燃烧室内的天然气-空气混合气。发动机启动后进入平稳运转阶段，此时根据发动机负荷适度降低喷气压力，并通过ECU逐步推迟天然气喷气正时，将天然气喷气正时推迟到上止点后60°CA～90°CA，这种情况下，每循环由喷气阀喷出的天然气始终存在一部分由于在进气门关闭前不能及时流入燃烧室被留存在进气道内。上述情况下单一循环中进入燃烧室的天然气也可以分为两部分，一部分天然气为该循环中由天然气喷气阀喷出直接进入燃烧室，另一部分为在上一循环中留存在进气道内的天然气。由于上一循环中留存在气道内的天然气在进气道内有足够时间(从当前循环进气门关闭到下一循环进气门开启)与空气进行混合，留存在进气道中的这一部分天然气所形成的可燃混合气的均匀程度要优于当前循环中直接进入燃烧室的一部分天然气所形成的混合气。所述燃气喷射策略通过降低喷气压力并延迟喷气正时使进入缸内的混合气分为不同均匀程度的两部分。所述燃气喷射策略可以通过调整喷气正时进而调整不同均匀程度的混合气的比例，能够有效避免由于天然气扩散性差所导致的缸内混合气局部过浓或过稀等问题，降低发动机排放，提高燃料经济性。

Claims (1)

1.一种基于“先前循环效应”的天然气发动机燃气喷射方法，其特征是：天然气发动机包括气缸盖、气缸套、活塞，活塞安装在气缸套内，活塞、气缸盖、气缸套之间形成燃烧室，气缸盖里设置进气歧管、排气歧管，进气歧管里设置进气阀，排气歧管里设置排气阀，气缸盖上安装有火花塞，进气歧管上安装有天然气喷气阀；
发动机采用零气门重叠角，发动机启动时，天然气喷气阀正常喷气，天然气喷入进气歧管，从进气歧管经由进气阀流入燃烧室内与空气进行混合，进气冲程结束后活塞持续上行，安装在气缸盖上的火花塞点燃燃烧室内的天然气-空气混合气；发动机启动后进入平稳运转阶段，此时降低喷气压力，并推迟天然气喷气正时，将天然气喷气正时推迟到上止点后60°CA～90°CA，这种情况下，每循环由天然气喷气阀喷出的天然气始终存在一部分由于在进气阀关闭前不能及时流入燃烧室被留存在进气道内，上述情况下单一循环中进入燃烧室的天然气分为两部分，一部分天然气为该循环中由天然气喷气阀喷出直接进入燃烧室，另一部分为在上一循环中留存在进气歧管内的天然气。
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